技术:全息图让人想起水晶的结构

 作者:甄梳嚣     |      日期:2018-02-02 05:44:14
作者:SUNNY BAINS威斯康星大学密尔沃基分校的物理学家首次使用电子全息术来重建晶体的结构他们的实验实现了1948年发明全息术的丹尼斯·加博尔的雄心壮志之一:将该技术用于原子成像 X射线晶体学是通常用于获得关于晶体原子结构的信息的方法该信息采用衍射图案的形式,通过在晶体中照射X射线产生但这些模式只描述了晶体中原子的平均位置,而不是单个原子的位置因此,不可能检测到晶体结构中的局部变化,例如缺少原子该方法还限于对称的晶体 Gabor的理论是,通过用电子照射晶体,应该有可能产生一个电子全息图,其中包含有关晶体原子结构的三维信息没有人做过这件事,很大程度上是因为用镜头聚焦电子所固有的困难出于同样的原因,最好的现代电子显微镜不能用于研究单个原子但物理学家迪拉诺·萨尔丁和他在威斯康星州的同事采取了一种稍微不同的方法:他们利用晶体中的电子来产生全息图传统的全息图是通过将已被分成两部分的激光重新组合而产生的:一个“物体”光束,它照亮被制作为全息图的物体,并被它作为波浪散射;和一个'参考'梁全息图是在两个光束相遇处形成的干涉图案 Saldin和他的同事使用电子的波动特性代替光的波动特性他们可以通过检测两个电子波之间的干扰来确定原子 - 一个'参考'波和一个'物体'波参考波可以通过用光子(例如X射线)轰击它们而被原子敲出的电子提供或者,如图1中所示的Kikuchi图案的情况,它是通过从外部发送电子束形成的:这些电子从原子非弹性地散射并且表现得好像它们已经从原子中被撞出这些电子中的一些从晶体中的相邻原子散射 - 铜,在这种情况下 - 形成物体波在荧光屏上检测物体和参考波之间的干涉图案并在视频上捕获人们之前记录过这种Kikuchi模式但没有人将它们解释为全息图如果这确实是全息图,理由Saldin和他的同事,那么他们应该能够以与传统方法相同的方式“解码”它,以揭示它所代表的对象 - 在这种情况下,晶体的原子结构要做到这一点,他们必须使用与参考光束非常相似的东西照亮全息图传统的全息图以相同的方式被参考光束照射,以揭示物体在三维中的样子当他们将Kikuchi模式输入计算机时,研究人员获得了图2和图3.这些是通过对象的二维切片,如通过Kikuchi模式“看到”的那样通过使用众所周知的晶体结构进行实验,研究人员能够确认结果确实显示了晶体内原子的位置十字架标志着他们已知的位置接下来,研究人员将使用特定类型的光来刺激特定类型原子的电子发射例如,通过用适当的波长照射血红蛋白,只有铁原子会发射电子这意味着铁周围的复杂结构将被它“照亮”,并且可以三维记录,